河南省湖库型饮用水源地水质安全评价

陶 冶，崔 楷，杨子彦，邬红娟

(1.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉430074；2.河南省环境保护厅环境监控中心，河南 郑州450004； 3.华北水利水电大学管理与经济学院，河南 郑州 450046；4.华北水利水电大学环境与市政工程学院，河南 郑州450011)



河南省湖库型饮用水源地水质安全评价

陶 冶1,2，崔 楷3，杨子彦4，邬红娟1

(1.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉430074；2.河南省环境保护厅环境监控中心，河南 郑州450004； 3.华北水利水电大学管理与经济学院，河南 郑州 450046；4.华北水利水电大学环境与市政工程学院，河南 郑州450011)

根据河南省2012年8月到2013年8月监测统计数据，对河南省6个日供水量10万t以上湖库型水源地的水质、生物毒性、富营养化状况进行分析。结果表明：水质总体状况良好，6个湖库型水源地营养状态均为中度营养，没有富营养化状况的发生；生物毒性发光抑制率均小于30%，表现为无毒或低毒，符合水源地安全性要求。

湖库；饮用水源地；水质评价；河南

饮用水安全与人民群众的生命健康息息相关，是一件关系到社会政治稳定的民生大事[1]。随着经济的快速发展，城市规模的扩大，工业和生活污水的大量排放，使水环境污染问题变得日益严重，已经直接影响到生活饮用水和城市集中供水的安全，而且突发性环境污染事故时有发生，对水生态系统和人体健康构成了严重的威胁[2]。因此，为了保证饮用水的安全，需要利用现代化环境监控手段，对水源地水质进行在线实时监测。传统的理化监测手段在面对突发性水污染事故时，不能快速有效地检测到所有的毒性物质，出现漏检而造成危害的可能性较大；而且也不能直接说明各种有毒物质混合后对生物体和人体产生的拮抗作用、复合作用等影响，无法有效判断污染物对人体健康、生态环境的危害程度[3]。利用生物毒性在线监测可以实现对水源地水质毒性的实时监测，当水质情况出现恶化时，可以实现快速的预警，保证水质安全，避免可能产生的严重后果。目前该监测技术已在国内许多地区和领域得到推广，被应用于饮用水[4，5]、工业废水[6]、生活污水[7]和其他环境水体[8]中，从而弥补了传统水质评价方法的不足。2012年Toxcontrol 生物综合毒性监测系统应用于天津市饮用水源地，王海英等[4]根据与毒性监测同步进行的其他4项水质指标，判断出所取位点水体质量达到生活饮用水质要求，其结果与 TOXcontrol 生物综合毒性监测仪所监测的结果相一致；蒋增辉等[5]运用生物毒性监测仪，对上海市黄浦江上游水源地各断面污染程度进行分析，并提出水源地突发性水污染事件分级标准。河南省于2009年建成了全省范围内的水质自动监控系统，对全省14个日供水量10万t以上的集中式地表水饮用水水源地实施了在线实时监控。本研究根据2012年8月到2013年8月6个湖库型水源地的生物毒性(Toxicity)、总磷(TP)、高锰酸钾指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)等5类指标的在线实时监测数据，并对其进行分析，旨在了解各水源地在不同时期的水质状况，在丰水期、平水期、枯水期的毒性指标分布规律，对水源地的生物毒性状况进行分析，为河南省饮用水源地水质生物综合毒性分级评价标准和应急预警系统的建立提供依据。

1 水源地概况

河南省是全国水资源严重短缺的省份之一。水资源分配严重不均衡，西南山丘区多，东北平原区少。全省境内共规划集中式饮用水源地113个，其中地下水型饮用水源地 72个、地表水型饮用水源地41个(湖库型饮用水源地 26个)。全省施行实时在线监控的日供水量10万t以上的集中式地表水饮用水水源地14个。其中，湖库型饮用水源地有三门峡朱乙河水库、鹤壁寒坡洞水库、鹤壁盘石头水库、平顶山白龟山水库、信阳南湾水库、驻马店板桥水库共6个。

2 评价方法

2.1 单因子评价

以《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)为依据，采用单因子评价法对各水源地的水质情况进行分析。参与单因子评价的指标有总磷(TP)、高锰酸钾指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)。

2.2 富营养化评价

水体的营养状态受多种因素的影响和控制，各参数之间相互影响，相互制约。虽然根据单一参数对水体进行富营养化评价具有指标简单、明确等特点，但这种评价不能反映出水体真实的营养状态，需要对富营养化程度进行多种参数的综合评价。因此，中国学者提出了相关加权综合营养状态指数法[9]，该评价方法是根据各参数与基准参数的相关性，对不同参数的营养状态指数进行适当加权，用加权后的综合营养状态指数来判断水体的营养状态。本文采用TP、TN和CODMn3项指标分析。

(1)

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的相关权重。

TLI(j)为第j种参数的营养状态指数，计算公式为：

(2)

综合营养状态指数采用0～100的一系列连续数字对水体的营养状态进行分级(表1)。在同一营养状态下，水体的营养状态指数值越高，说明其营养程度越严重。

表1 湖泊水库营养状态分级标准

2.3 水质安全性评价

采用生物毒性评价法[10]，对各水源地的水质安全进行分析评价。选用TOXcontrol4.40 型在线生物毒性监测系统(荷兰MicroLan公司)，该系统采用发光细菌综合毒性检测方法[11]，全自动在线监测水体的生物毒性。毒性物质的生物毒性通常用EC50来表示，即发光细菌的发光抑制率50%相对应的毒性物质的浓度。在数据处理过程中，对于样品毒性太大，则用对细菌抑制率100%来表示；如果毒性太小，没有达到50%的抑制率则直接用抑制率来表示。根据自动监控设备使用手册(TOXcontrl Manual versie 4.40)和国际标准ISO 11348的推荐，选用生物毒性30%作为水质生物毒性报警限值。因此，测试水样的生物毒性在30%以下一般可认为无毒或低毒。

3 水源地水质评价结果与分析

河南省6个日供水量10万t以上的湖库型饮用水水源地的水质评价数据，来源于各饮用水源地在2012年8月至2013年8月的在线监控数据，主要包括Toxicity、TP、CODMn、NH3-N、TN等5项指标。各水源地的水质评价结果见图1～图6。

图1 三门峡朱乙河水库的水质评价

图2 鹤壁寒坡洞水库的水质评价

图3 鹤壁盘石头水库的水质评价

图4 平顶山白龟山水库的水质评价

3.1 水质评价

利用水源地2012年8月—2013年8月期间在线自动监控数据对TP、CODMn、NH3-N和TN进行单因子评价，结果显示在监测时间段内，三门峡朱乙河水库、鹤壁寒坡洞水库、鹤壁盘石头水库、平顶山白龟山水库、信阳南湾水库和驻马店板桥水库这6个湖库型水源地的TP、COD浓度和NH3-N浓度均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)II类水质要求，整体水质合格。其中鹤壁盘石头水库和信阳南湾水库水源地的这3项指标与其他水源地相比，浓度相对较低，水质更好。但是6个水源地的TN浓度只达到了III类水质的要求，且监测时间内，部分月份的TP浓度超标，但超标幅度不大。造成这种现象的原因可能是饮用水源地周边农业生产施用化肥和农药，以及农作物秸秆和枯枝烂叶被雨水冲涮带入湖库，造成总磷浓度增高，或者是个别水源地管理不严格，附近居民在近岸从事洗衣、游泳、垂钓等活动，造成了一定程度的污染。

图5 信阳南湾水库的水质评价

图6 驻马店板桥水库的水质评价

3.2 富营养化评价

根据上述方法算出河南省6个湖库型水源地1个监测年的综合营养状态指数，评价结果如表2所示。综合营养状态指数评价的结果显示，三门峡朱乙河水库、鹤壁寒坡洞水库、鹤壁盘石头水库、平顶山白龟山水库、信阳南湾水库和驻马店板桥水库这6个水源地的富营养化指数分别为39.54、36.42、37.47、37.22、36.44和36.65。数值都在30～50之间，属于中营养水平，水质良好，均符合饮用水水源地水质要求。

表2 湖库型水源地富营养化评价

3.1 水质安全性评价

由图1～图6可以看出，在2012年8月—2013年8月的1个监测年中，三门峡朱乙河水源地的发光抑制率变化幅度不大，且均在零以下；鹤壁寒坡洞水库水源地的发光抑制率呈波动性变化，数值在-17%～12%，平水期的发光抑制率为负；鹤壁盘石头水库水源地2012年的发光抑制率为负值，2013年水源地的发光抑制率为正值，且均未超过15%；平顶山白龟山水库水源地除2013年2月外，水源地的发光抑制率均为负值；信阳南湾水库和驻马店板桥水库水源地的发光抑制率也呈波动性变化，变化范围分别为-15%～14%和-22%～10%。全省6个湖库型饮用水源地生物毒性均小于30%，表现为无毒和低毒，符合水源地安全性要求。另外，三门峡朱乙河水库和平顶山白龟山水库全年发光细菌发光抑制率变化幅度较小，水质生物毒性稳定，并且在检测结果中三门峡朱乙河水库整个监测年的生物毒性都在零以下。出现这种现象的原因可能是当水样的毒性较小或者当水样中没有毒性物质时，水样中的某些营养物质会使发光细菌的代谢活动增强，发光性能增加，所以水样对发光细菌的抑制率会出现负值。

4 结论

1)河南省湖库型水源地水质总体状况良好，3个出现超标情况的饮用水源地分别是三门峡朱乙河水库、鹤壁寒坡洞水库、平顶山白龟山水库；6个湖库型水源地营养状态均为中度营养，没有富营养化状况的发生。

2)在2012年8月—2013年8月的1个监测年中，6个湖库型水源地发光抑制率均小于30%，表现为无毒或低毒，符合水源地安全性要求。三门峡朱乙河水库和平顶山白龟山水库的生物毒性监测结果中发现部分月份发光抑制率小于零，而三门峡朱乙河水库整个监测年的生物毒性都在零以下，可能是当水样的毒性较小或者当水样中没有毒性物质时，水样中的某些营养物质使发光细菌的发光性能增加。

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(责任编辑：蒋国良)

Assessment of water quality in lake/reservoir-based drinking water sources in Henan Province

TAO Ye1,2, CUI Kai3, YANG Ziyan4, WU Hongjuan1

(1.School of Environmental Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074, China; 2.Department of Environmental Protection of Henan Province, Zhengzhou 450004, China； 3.School of Management and Economics， North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China； 4.School of Environment and Municipal Engineering,North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450011, China)

The on-line monitoring data of 6 lake/reservoir-based drinking water sources (daily water supply more than 100 000 ton) from August 2012 to August 2013 were used to evaluate the water quality, biological toxicity and eutrophication status. The results showed that the overall source water quality was good, with only 3 reservoirs having excessive phosphorus contents. In addition, the results suggested that 6 lake reservoirs were mesotrophic and none appeared eutrophication, and all the tested toxicities were lower than 30%, which meets the security requirements of water sources.

lake and reservoir; drinking water sources; water quality assessment； Henan

2015-01-12

河南省软科学研究计划项目(142400410443)

陶 冶(1966-)，男，河南郸城人，博士研究生，从事水处理技术和环境生物工程方面的研究。

邬红娟(1960-)，女，湖北武汉人，教授。

1000-2340(2015)04-0505-06

X131.2

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